3D打印推動(dòng)生產(chǎn)過(guò)剩的模式轉(zhuǎn)向需求驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)模式

       3D打印推動(dòng)生產(chǎn)過(guò)剩的模式轉(zhuǎn)向需求驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)模式，這是關(guān)于數(shù)字化的凈經(jīng)濟(jì)效益。人類(lèi)發(fā)展至今有能力簡(jiǎn)單地?fù)碛挟a(chǎn)品，但很多產(chǎn)品以浪費(fèi)的形式存在。今天大多數(shù)商品的利用率都并不高，所以顯而易見(jiàn)的事情就是提高使用效率。增材制造將引領(lǐng)著制造技術(shù)向兩個(gè)之前難以融合的方向發(fā)展，一個(gè)方向是可擴(kuò)展性，一個(gè)方向是個(gè)性化。這是我們面臨的挑戰(zhàn)，如何能夠以經(jīng)濟(jì)的價(jià)格通過(guò)3D打印技術(shù)生產(chǎn)質(zhì)量可靠的單個(gè)或批量產(chǎn)品，這是發(fā)展方向，更需要多方面的努力。正是因?yàn)槿�世界范圍�?nèi)認(rèn)同了增材制造前景，增材制造將創(chuàng)造新的未來(lái)可能性和產(chǎn)業(yè)前景，所以世界范圍內(nèi)出現(xiàn)對(duì)增材制造大量的投資。市場(chǎng)發(fā)展了很多，不同的機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)各有差異，雖然短期受疫情的影響，市場(chǎng)發(fā)展會(huì)受到影響，但是這不影響長(zhǎng)期的發(fā)展趨勢(shì)，這項(xiàng)技術(shù)還將帶來(lái)很多的改變，包括使得制造更加離散化、并催生新的商業(yè)模式。

       3D打印帶來(lái)的數(shù)字化讓人類(lèi)第一次真正能夠產(chǎn)生真正的經(jīng)濟(jì)凈收益的門(mén)檻：通過(guò)將客戶(hù)行為與生產(chǎn)者行為同步。以需求為導(dǎo)向，從生產(chǎn)過(guò)剩轉(zhuǎn)向需求驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)。ACAM亞琛增材制造中心看到了使用可個(gè)性化、靈活的流程來(lái)補(bǔ)充已建立的流程的愿景，以盡可能減少當(dāng)前人類(lèi)浪費(fèi)資源的方式。很簡(jiǎn)單，人類(lèi)有責(zé)任考慮如何節(jié)約資源。

futureAM
© 亞琛Fraunhofer ILT

 增材制造并非僅僅是科研院所的工具

       2011 年，當(dāng)時(shí)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》在3D打印的可演奏小提琴上刊登了封面故事。標(biāo)題是“將改變世界的制造技術(shù)”。許多人當(dāng)時(shí)得出的結(jié)論是，我們很快就會(huì)打印出所有東西，甚至3D打印機(jī)也會(huì)打印出3D打印機(jī)本身，當(dāng)然，結(jié)果并非如此，但這個(gè)故事甚至引起了那些從商業(yè)案例角度思考的人的關(guān)注。與此同時(shí)，當(dāng)然3D打印的發(fā)展也有逆風(fēng)，特別是考慮到傳統(tǒng)制造行業(yè)對(duì)3D打印技術(shù)的接納程度。許多設(shè)計(jì)師已經(jīng)接受了數(shù)十年的培訓(xùn)，已經(jīng)習(xí)慣于在傳統(tǒng)制造系統(tǒng)中進(jìn)行思考和設(shè)計(jì)。現(xiàn)在告訴他們：你 30 年來(lái)所做的很好，但現(xiàn)在已經(jīng)結(jié)束了。這是令人難以接受的事情。

創(chuàng)成式設(shè)計(jì)
© 3D科學(xué)谷白皮書(shū)

       設(shè)計(jì)是很重要的，業(yè)界必須要想想新的設(shè)計(jì)思路，必須要重視設(shè)計(jì)。這是增材制造的關(guān)鍵，業(yè)界需要設(shè)計(jì)的是新的產(chǎn)品，新的設(shè)計(jì)思路將啟發(fā)業(yè)界思考如何實(shí)現(xiàn)功能集成，如何實(shí)現(xiàn)減重，甚至可以通過(guò)新的算法來(lái)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，拿這個(gè)基于算法的點(diǎn)陣建模過(guò)程來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)算法在業(yè)界需要更高的強(qiáng)度的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)更強(qiáng)結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣，在需要更輕量化的時(shí)候獲得更簡(jiǎn)潔的點(diǎn)陣，這使得設(shè)計(jì)變得輕松，消除了大量體力性質(zhì)的建模過(guò)程，設(shè)計(jì)師只需要輸入約束條件，大量的建模工作由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，從而實(shí)現(xiàn)更快更輕松的設(shè)計(jì)迭代。

3D打印發(fā)展至今，業(yè)界仍然面臨這個(gè)挑戰(zhàn)：基于增材思維的設(shè)計(jì)和增材制造的連貫性。當(dāng)3D打印在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中發(fā)揮出價(jià)值創(chuàng)造回報(bào)時(shí)，真正的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)就出現(xiàn)了。

 3D打印對(duì)其他制造技術(shù)的深遠(yuǎn)影響？

      增材制造可以而且將會(huì)在許多領(lǐng)域產(chǎn)生互補(bǔ)效應(yīng)，例如，ACAM已經(jīng)看到燃燒器的幾何形狀允許從 100% 天然氣轉(zhuǎn)換為 100% 氫氣，基于仿真模擬，亞琛研究人員預(yù)測(cè)使用 LPBF選區(qū)激光熔化金屬3D打印可以顯著減少組裝所需的時(shí)間，并將這種燃燒室的成本降低多達(dá)90%。除了新的設(shè)計(jì)帶來(lái)的燃燒對(duì)生態(tài)的保護(hù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)外，LPBF選區(qū)激光熔化金屬3D打印還使制造過(guò)程更具可持續(xù)性，與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式相比使用了更少的資源。為3D打印設(shè)計(jì)的MMX 燃燒室使氣體與供應(yīng)的空氣最佳混合，燃燒時(shí) NOx 氮氧化物排放量更少。燃燒室中小火焰的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)回火的更高安全性，使這種燃燒器具有適當(dāng)?shù)目s放比例，不僅適用于固定式燃?xì)廨啓C(jī)，而且適用于航空航天應(yīng)用。而且這種燃燒器的設(shè)計(jì)根本無(wú)法以傳統(tǒng)制造的方式生產(chǎn)。

      目前很多新設(shè)計(jì)盡管還沒(méi)有進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化，還處于初始階段，但如果制造企業(yè)今天不做出準(zhǔn)備，并進(jìn)行備品備件及原型的創(chuàng)新，從創(chuàng)新思維的設(shè)計(jì)入手，這些企業(yè)將被其他人超越，很快這些企業(yè)發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)處于競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)中。(延伸閱讀：福特?cái)y手亞琛工大開(kāi)發(fā)靈活而可持續(xù)的3D打印電動(dòng)機(jī)零部件）此外，盡管有的3D打印-增材制造技術(shù)還并不成熟，但需要注意的是3D打印-增材制造是被廣泛接受的統(tǒng)稱(chēng)，涵蓋了大約 25 種以數(shù)字方式逐層構(gòu)建的不同技術(shù)，不同的技術(shù)的成熟度是不一樣的。增材制造是一大類(lèi)的各種各樣的技術(shù)集合，這里面有塑料，金屬等不同材料的打印，這使得我們可探索的可能性變得更加豐富。而且增材制造工藝由于加工的特點(diǎn)與傳統(tǒng)的不一樣，拿金屬凝固過(guò)程來(lái)說(shuō)，由于金屬增材制造的凝固過(guò)程與鑄造和鍛造的是不一樣的，這帶來(lái)了額外的機(jī)會(huì)成就特殊微觀(guān)晶體結(jié)構(gòu)的金屬產(chǎn)品。僅在德國(guó)，每年就有數(shù)千個(gè)髖關(guān)節(jié)植入物被3D打印出來(lái)，某些類(lèi)型的技術(shù)的商業(yè)化程度已經(jīng)很高了。

邊“飛行”邊加工
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 新材料的研究和開(kāi)發(fā)有多重要？

        根據(jù)弗朗霍夫研究所-Fraunhofer，未來(lái)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵是材料，以數(shù)字形式提供材料的行為，將產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與材料開(kāi)發(fā)關(guān)聯(lián)，通過(guò)工業(yè) 4.0將材料信息鏈接到整個(gè)加工應(yīng)用鏈條中，大幅降低材料的全壽命應(yīng)用成本。

為了推動(dòng)數(shù)字材料在工業(yè)應(yīng)用中的非凡潛力，亞琛工業(yè)大學(xué)數(shù)字增材生產(chǎn) DAP 學(xué)院專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)用于生成智能數(shù)字材料的創(chuàng)新及高效算法。開(kāi)發(fā)的解決方案?jìng)?cè)重點(diǎn)是在未來(lái)生成數(shù)字材料時(shí)可以自動(dòng)集成生產(chǎn)和應(yīng)用相關(guān)的條件，從而使得設(shè)計(jì)更輕松更智能化。

      將增材制造設(shè)計(jì)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)與在增材制造工藝開(kāi)發(fā)領(lǐng)域多年的專(zhuān)業(yè)知識(shí)相結(jié)合，作為各種項(xiàng)目的一部分，亞琛工業(yè)大學(xué)數(shù)字增材生產(chǎn) DAP 學(xué)院正在為汽車(chē)、航空、模具和醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)發(fā)和工業(yè)化數(shù)字材料。

 創(chuàng)新，基于資源與交流

      3D打印-增材制造領(lǐng)域的創(chuàng)新要求不僅要有資源，還要有交流。不能只停留在科學(xué)領(lǐng)域，還必須帶入工業(yè)，帶入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)。創(chuàng)新必須找到用戶(hù)，激勵(lì)用戶(hù)。ACAM提供對(duì)增材制造未來(lái)的見(jiàn)解，是因?yàn)锳CAM有幸處理通常在未來(lái)發(fā)生的話(huà)題。德國(guó)亞琛像一個(gè)折射著不同類(lèi)型的加工技術(shù)的一個(gè)重要的萬(wàn)花筒，這里積聚著非常多不同類(lèi)型的加工技術(shù)的研發(fā)與前沿應(yīng)用，亞琛工業(yè)大學(xué)與 Fraunhofer 研究所作為中心，在從事著各種各樣的研究與創(chuàng)新，一方面Fraunhofer 的研究覆蓋面十分廣，從生物工程到機(jī)械工程；一方面，F(xiàn)raunhofer 跟工業(yè)端的結(jié)合十分緊密，這里就像一個(gè)跨界科研與應(yīng)用的有機(jī)體，不斷的融合創(chuàng)新與應(yīng)用。

      3D打印-增材制造，其發(fā)展趨勢(shì)就像電視，從原來(lái)黑白相間，連人影都看得默默糊糊的小“盒子”，再到彩色電視，再到現(xiàn)在的超薄大屏幕的數(shù)字電視，其發(fā)展中脫胎換骨的感覺(jué)讓人無(wú)法將這一技術(shù)定格在電視曾經(jīng)的模樣。

未來(lái)已來(lái)，合作、信任、創(chuàng)新，你準(zhǔn)備好了嗎？

(責(zé)任編輯：admin)

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